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OLED(organic light emitting diode)是一种以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件
  关键词 | 电子材料对外依存度

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  当前,电子信息产业资金投入量大、产品更新换代快、生产环境要求苛刻。国内电子信息材料产品仅占30%国内市场份额,且多在中低端市场领域,高端市场由欧美、日本、韩国及台湾地区的厂商所垄断,部分产品进口依存度高达90%以上。《中国制造2025》、“互联网+”等国家战略的推进实施,制造业智能化发展趋势,集成电路等作为智能制造的基础,将迎来广阔的市场机遇。

  电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础三大类产品领域中所用的材料,主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料;激光晶体为代表的光电子材料;介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料;钕铁硼永磁材料为代表的磁性材料;光纤通信材料;磁存储和光盘存储为主的数据存储材料;压电晶体与薄膜材料;贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。本篇文章小编为大家整了电子信息材料表格,并且对具有代表性的17种材料进行简要介绍,起来看看吧。

  电子信息材料

  序号

  细分领域

  示例

  1

  半导体微电子材料领域

  单晶硅;传感器等

  2

  光电子材料领域

  激光晶体;柔性显示材料等

  3

  电子陶瓷材料领域

  微波介质陶瓷;热敏陶瓷等

  4

  磁性材料领域

  永磁材料;软磁材料等

  5

  光纤通信材料领域

  多模光纤与单模光纤;液芯光纤等

  6

  数据存储材料领域

  磁存储材料等

  7

  压电晶体材料领域

  无机压电材料;有机压电材料;复合压电材料等

  8

  绿色电池材料领域

  贮氢材料;锂离子电池材料等

  1.单晶硅

  单晶硅是晶体材料的重要组成部分,主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。在光伏领域,近年来我国太阳能级硅片产量已在全球占主导地位,2021年单晶硅片在国内太阳能级硅片市场的渗透率高达94.5%。相对于多晶硅片,单晶硅片性能更加优良,同等条件下发电量更高,长期使用过程中功率衰减更少,弱光响应更强,预计未来单晶硅片的市场份额仍将呈上升趋势。

  硅是最常见应用最广的半导体材料,当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成晶核,其晶核长成晶面取向相同的晶粒,形成单晶硅。单晶硅是由多晶硅或回收的单晶硅制备而成,当熔融的多晶硅或回收的单晶硅在凝固时,硅原子将以晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则这些晶粒平行结合起来便结晶成单晶硅。

  相对于多晶硅片,单晶硅片性能更加优良,同等条件下发电量更高,长期使用过程中功率衰减更少,弱光响应更强。特别是在金刚线切割技术革命之后,单多晶硅片在生产成本上的差距大幅缩小,使之度电成本与发电效率相对于多晶硅片具备明显的竞争优势。

  

  资料来源:中商产业研究院整理

  1.市场竞争格局

  目前中国单晶硅市场集中度较高,前五企业占据了绝大部分市场,市场份额总和接近90%。其中隆基股份和中环股份分别位居第一第二,占比分别为37%和24%。其次分别为晶科能源、上机数控、晶澳科技,占比分别为9%、9%、8%。

  

  数据来源:中商产业研究院整理

  2.单晶硅行业发展趋势

  下游行业高增长带动行业需求

  近年来,我国半导体产业在下游人工智能、区块链、物联网、汽车电子等新兴应用领域的推动下快速成长。根据《国家集成电路产业发展推进纲要》,到2030年我国集成电路产业总体达到国际先进水平,实现跨越发展。在政策强力推动下,我国集成电路行业与国际先进水平的差距逐步缩小,随着我国半导体产业结构优化的深入和技术赶超的推进,我国将紧抓全球半导体第三次转移的机遇,带来半导体产业上行动力。在此背景下,单晶硅作为光伏和半导体行业的重要原辅料,也将催生更大的产能需求。

  下游技术革新为行业提供新机遇

  无论是半导体还是太阳能领域,大尺寸是硅片未来的发展方向,通过增加电池有效受光面积来增加组件效率和功率,节约土地、施工等成本,并且有效提升硅片企业产能,进而降低成本,最终实现平准化度电成本最优。降本增效一直以来都是推动行业内企业进行大尺寸硅片开发的源动力,这将整个单晶硅片产业链的技术要求提升到了一个新的高度,也让具备行业领先技术的企业迎来了新的机遇期。

  2.传感器

  我国传感器制造行业发展始于20世纪60年代,在1972年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位;1974年,研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器;1978年,诞生中国第一个固态压阻加速度传感器;1982年,国内最早开始硅微机械系统(MEMS)加工技术和SOI(绝缘体上硅)技术的研究。

  20世纪90年代以后,硅微机械加工技术的绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多晶硅压力传感器、低成本TO-8封装压力传感器等相继问世并实现生产,传感器技术及行业均取得显著进步。

  进入21世纪,传感器制造行业开始由传统型向智能型发展。智能型传感器带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。由于智能型传感器在物联网等行业具有重要作用,我国将传感器制造行业发展提到新的高度,从而催生研发热潮,市场地位凸显。

  

  表 中国传感器发展历程

  1.传感器市场规模

  据《2020年赛迪顾问传感器十大园区白皮书》,2014-2019年,我国传感器市场规模呈不断增长趋势,2014年行业市场规模为982.8亿元,2019年增长至2188.8亿元。结合我国传感器市场规模占全球市场比例情况,以及2020年我国传感器市场因疫情控制情况较好而增速回升等相关因素测算得到,2020年我国传感器市场规模提高至2494亿元,同比增长约13.9%。预计2026年市场规模超7000亿元。

  根据赛迪顾问对中国传感器行业市场规模的测算,2016-2019年,中国智能传感器行业市场规模CAGR约为16.4%,随着我国3C电子、色花堂的入口等领域对传感器需求的愈加旺盛和未来下游市场的高速发展,前瞻产业研究院预计未来五年传感器制造行业CAGR将达到19%,预计2026年中国传感器行业市场规模将达到7082亿元。

  表 2021-2026年中国传感器制造行业市场前景预测(单位:亿元)

  

  2.我国智能传感器产业现状及分析

  中国智能传感器行业发展加速

  传感器自诞生以来,大致经历了结构型、固体型、智能型三个阶段,随着各类技术的进步,前两类传感器逐渐无法满足对数据采集、处理等流程的需求,融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。

  20世纪开始,我国开始智能传感器领域的探索。20世纪80年代-2010年,我国对于智能传感器的研究不断深入。2013年起,智能传感器行业扶持政策陆续出台,重点为使传感器及智能仪器仪表实现微型化、数字化、模块化、网络化;2017年,工信部制定了《智能传感器产业三年行动计划(2017-2019年)》,明确传感器产业的发展目标和方向。伴随物联网和智能制造的兴起,智能传感器得到了广泛地关注。

  

  中国智能传感器行业发展历程

  智能传感器主要应用于汽车电子、工业制造等领域

  从应用领域看,目前我国智能传感器产品主要应用于汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子和医疗领域,占比分别为24.2%、21.1%、21%、14.7%和7.2%。汽车电子对智能传感器的应用占比最大,汽车对智能传感器的需求类型还在持续拓展,如针对色花堂的入口电池冷却用冷媒泄漏监测的气体传感器,随着海角社区的入口车产销量逐年扩大,可能迎来发展机遇。

  表 中国智能传感器行业需求市场结构(按应用领域,单位:%)

  

  中国智能传感器市场规模持续上升

  根据中国信通院的数据,中国智能传感器市场规模从2015年的106亿美元上升至2019年的137亿美元,我国智能传感器产业生态逐渐趋于完备,设计制造,封测等重点环节均有骨干企业布局。2020年,中国智能传感器行业市场规模在148亿美元左右。

  表 2016-2020年中国智能传感器行业市场规模(单位:亿美元)

  

  智能传感器国产化率稳步提升

  我国国内厂商智能传感器总产值占比从2016年的13%快速提升到2020年的31%,显著高于行业增速,未来随着国内厂商技术持续迭代、产品线进一步丰富、市场认知度持续提升,智能传感器市场国产化率有望进一步提高。

  表 2016-2020年中国智能传感器国产化率(单位:%)

  

  中国智能传感器行业前景广阔

  智能传感器在工业4.0时代扮演着十分重要的角色。随着物联网在工业领域的应用推广,智能传感器在其中的应用越来越广泛。物联网、移动互联网等新兴产业的快速发展为智能传感器行业带来巨大发展契机。中国智能传感器行业前景广阔,预计到2026年中国智能传感器行业市场规模将达239亿美元。

  表 2021-2026年中国智能传感器行业市场规模预测(单位:亿美元)

  

  3.激光晶体

  1960年第一台激光器的诞生,给古老的光学带来了一场革命。由于激光具有高能量密度、高度方向性和相干性的特点,使之在许多领域有广泛的应用,也带动了许多新兴学科。如在现代制造业中,激光加工就是目前最先进的加工技术之一,为各种新产品的开发提供了新途径。而在激光应用技术领域中,最关键的、基础的核心器件莫过于全固态激光器,一种以固体激光材料作为增益介质的激光产生装置。

  

  目前全固态激光器中,用的最基本的激光基质材料是激光晶体,它们可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光。经过几十年的发展,激光基质晶体已从最初的数种增加到几十种,其中应用最广泛的有三种,分别是 掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG);掺钕矾酸钇(Nd:YVO4)和掺钛蓝宝石(Ti:Al₂O₃),它们也被统称为“三大基础激光晶体”。

  掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光晶体 具有光学均匀性好、机械性能好、物化稳定性高、热导性好等优点,是迄今为止最为重要,也是最成熟、最主流的激光晶体材料——可以说,就是Nd:YAG的出现使得固体激光器真正开始大力发展,并实现商业化。

  

  由于基本性能优异,Nd:YAG常被应用于近远红外固态激光及其倍频、三倍频中,还可以用于二极管泵浦全固态微小型激光器中,得到的红、绿、蓝色高质量的连续激光输出;Nd:YAG也大量用于军事、科研、医疗及工业激光器中,如各种规格的测距仪,光电对抗设备系统,高性能激光仪器,激光治疗仪、美容仪,激光打标机、打孔机等激光加工机械中。在需要高功率、高能量、Q开关和锁模超短脉冲激光等场合,Nd:YAG更是首选的激光工作物质。

  掺钕钒酸钇(Nd: YVO4)晶体 是一种性能优良的激光晶体,适于制造激光二极管泵浦特别是中低功率的激光器。与Nd:YAG相比Nd: YVO4对泵浦光有较高的吸收系数和更大的受激发射截面。激光二极管泵浦的Nd:YVO4晶体与LBO,BBO,KTP等高非线性系数的晶体配合使用,能够达到较好的倍频转换效率,可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器。

  

  目前Nd: YVO4激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检测、激光印刷、数据存储等多个领域得到广泛的应用。而且Nd:YVO4二极管泵浦固态激光器正在迅速取代传统的水冷离子激光器和灯泵浦激光器的市场,尤其是在小型化和单纵模输出方面。

  掺钛蓝宝石(Ti:Al₂O₃):20世纪70-80年代,超快激光主要是采用被动锁模的染料激光器,可以产生亚ps级的短脉冲激光。80年代末期,发现了可调谐范围为660~1100nm的钛宝石(Ti:Al₂O₃),其带宽非常有利于实现fs激光脉冲,而且具有受激发射截面大、激光损伤阈值高等优点。

  

  2001年,采用Kerr透镜被动锁模,获得了平均功率为100mW,脉宽为5,V6fs的激光脉冲,并且首次实现了fs脉冲运转下的波长宽带(400nm)调谐。从此之后钛宝石激光器基本上取代了染料激光器在超短脉冲激光领域中的位置,成为了最主要的超短脉冲激光振荡源。

  我国的激光晶体材料曾经领先美国15年,最终美国无奈花费巨大的人力物力,耗时数十年才研制出氟代硼铍酸钾晶体,那激光晶体这个材料,对科技的发展到底意味着什么?

  激光晶体(laser crystal),可将外界提供的能量通过光学谐振腔,转化为在空间和时间上相干的,具有高度平行性和单色性。激光的晶体材料是晶体激光器的工作物质。激光技术不仅应用到民用领域,还包括用到军事领域。

  20世纪90年代我国的科研团队发现硼酸盐系列非线性光学晶体,十几年时间里终于成功研制KBBF激光晶体。起初我国还将该款晶体对外提供,但在2009年开始重视该激光晶体,对于我国具有重要的战略意义,便停止对外出售。主要原因是美国一直在尝试研究激光武器。于是乎中国就开始雪藏该晶体,并对美国进行长达15年的技术垄断。在激光晶体领域,我国技术还是遥遥领先于美国的。

  4.柔性显示材料

  柔性显示是指由柔软材料制成的可变形、可弯曲的显示装置。目前的主流是柔性OLED,另外柔性液晶显示(LCD) 也在同步发展中。作为新型显示技术的一种,OLED(organic light emitting diode)是一种以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件,而柔性OLED 以柔韧性好、具有良好透光性的材料代替普通的OLED 玻璃衬底,其结构和发光原理与普通玻璃衬底的OLED 器件相似。

  OLED 显示是一种自发光显示技术,其最大的特点是无需背光源,此外其成本较低,可减少制造工序;使用低压驱动,能耗低;响应时间短;温度范围宽;亮度高,实现高效发光;器件全固态,机械性能好,可实现软屏显示,使器件更加轻薄。柔性AMOLED显示技术可被广泛应用于手机、电视、可穿戴设备、车载显示器、VR等消费电子领域,对航空航天、军事、工业等领域的发展具有重大的促进作用。

  

  1.国外产业格局

  在柔性OLED领域,国外的主流企业为韩系的三星显示公司(Samsung Display)和LG显示公司(LG Display),日本显示公司(Japan Display)、日本夏普公司(Sharp)等企业也在积极从事柔性显示技术的研发。

  韩国三星是全球柔性OLED显示器的先驱型企业,占据市场的主导地位,可提供全套垂直整合供应链。在2017年5月于美国举行的国际信息显示学会2017显示周上,三星展示了首款9.1英寸可伸缩彩色柔性OLED显示屏。具有较大弧度的OLED显示屏已经在高端电视机中得以应用,但是此次三星所展示的柔性屏与传统柔性屏的不同之处在于其可以在两个方向上弯曲。当屏幕从上向下按时,它像气球一样弯曲,然后在压力消失时恢复到原来平坦的形状。三星公司表示这种新型显示屏将用于可穿戴设备、物联网设备和汽车显示上,但是由于技术难度较大暂时无法批量生产。

  2017年6月22日,LG显示公司官网发布消息称,国际消费电子展上,LG显示公司首次公开展示了65英寸UHD可卷曲电视和55英寸透明显示产品。65英寸UHD可卷曲电视可呈现超高分辨率(UHD,3840×2160)画质,是罕有的可以充分卷曲的大尺寸显示产品。在不观看画面显示的时候,这款新产品可以通过卷曲隐藏屏幕,提高空间利用率。2018年1月9日,LG显示公司宣布已成功研发出全球首款77英寸透明柔性OLED面板产品。作为全球首款最大尺寸的透明柔性OLED面板,该面板拥有40%的透过率、UHD(3840×2160)分辨率、曲率半径高达80R。

  2017年1月25日,日本显示公司发布了一块5.5英寸塑料基板全高清液晶显示屏(FULLACTIVETMFLEX),该显示屏可以很容易地利用其柔性形成弯曲的形状,因此将极大地扩展智能手机设计的自由度。并且,通过使用塑料基板代替玻璃,可以防止显示器掉落时发生损坏。通过采用日本显示公司开发的低频驱动技术,该显示屏不仅支持正常的60Hz驱动方案,而且还支持低至15Hz的驱动方案,这有助于大幅降低移动设备的能耗。日本显示公司计划于2018年开始批量生产这种显示器。此外,在2017年的“显示周”上,日本显示公司对外展示了可向内折叠180度的柔性屏。

  2.国内产业格局

  我国是OLED面板技术和产业化方面起步较早的国家之一,其中PMOLED技术已处于国际领先地位,近年来,在AMOLED方面发展迅猛。纵观AMOLED整个产业链,我国在原材料、驱动芯片及生产设备等上游产业链方面仍在逐步完善建设中,下游终端应用仍处于基本空白阶段,目前还没有大规模量产的应用投入市场,而中游的面板企业在2017年呈现爆发式增长趋势,多家企业投入建设相关生产线,因此2017年可称为“中国大陆柔性显示产业发展元年”。

  3.小结

  柔性电子曾被评为世界十大科技成果之一,预测其将带来一场电子技术革命。如今,这场电子技术革命在市场的推动下已经悄然来临,据相关预测数据显示,2018年柔性电子市场为469.4亿美元(3154亿人民币),到2028年将达到3010亿美元(20224亿人民币),2011年至2028年复合年均增长率近30%。在国家政策的大力支持下,我国企业积极布局和投入相关技术的研发,推动了国内柔性AMOLED显示技术的发展,随着国内面板企业技术的不断创新及智能家居、智能终端、无人驾驶汽车等电子产品的积极发展,柔性AMOLED显示屏将在日常生活中扮演重要的角色。有机构预测,柔性显示屏将在未来几年迎来爆发式增长,可达数百亿美元的市场规模。面对如此巨大的市场,国内相关企业应该抓住机遇,敢于向国际寡头企业发起挑战,形成具有自主知识产权的全产业链结构。

  5.微波介质陶瓷

  微波介质陶瓷是一种重要的功能陶瓷材料,是应用于微波通信领域的陶瓷材料之一,主要应用在介质谐振器、介质滤波器、波导双工器、天线等领域作为介质材料完成一种或多种功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷的存在让微波集成电路的尺寸和封装密度得到了大幅提高。

  

  (图片来源:MARUWACo.,Ltd)

  万物互联时代,微波介质陶瓷的下游应用:移动通讯、卫星通信、军用雷达、电子工业、全球卫星定位系统(GPS)、蓝牙技术、其他国防军工等众多行业的蓬勃发展,技术水平不断升级,对微波介质陶瓷行业的材料也提出了新的要求。随着5G和物联网的应用范围不断扩大,微波介质陶瓷行业迎来了爆发式的增长,据有关市场研究报告预估(见参考文献1),我国微波介质陶瓷的 年复增加率在20%左右,到了2023年,我国微波介质陶瓷市场规模将达到百亿级。这个具有巨大潜力的应用市场,正蓬勃发展中。

  1.微波介质陶瓷的类型

  微波介质陶瓷元器件生产涉及到材料学、微波与电磁场、电子技术与应用、微波与射频测量技术、高精度机械制造技术、电磁兼容与可靠性技术等多学科理论与技术,学科领域复杂,技术壁垒高。从原料的角度看的话,为了不同的应用领域要求,微波介质陶瓷主要是往里掺杂各种其他元素实现材料介电性能优化,因此材料体系是相当的复杂。通常可以按照材料介电常数的大小,大致将微波介质陶瓷归为低介、中介和高介3大类。低介微波介质陶瓷体系如Al₂O₃-TiO₂系和钛酸镁系列等,因其高品质因数而被应用于对介质损耗要求比较严格的领域,如卫星通讯、军用雷达等方面;中介微波介质陶瓷体系如 (Zr,Sn)TiO4系具有高Q值,低谐振频率温度系数,可用于制备介质谐振器解决窄带谐振器的频率漂移问题;高介微波介质陶瓷能促进微波通讯设备、谐振器的小型化和集成化,在高电容量的集成电路中以及低频下工作的通讯设备中应用广泛,高介微波介质陶瓷主要以BaO-Ln₂O₃-TiO₂;CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂和铅基钙钛矿系列材料。

  2.微波介质陶瓷产业市场

  根据公开资料显示,日本富士钛、日本化学等企业占据了国际上微波介质陶瓷材料市场的主要份额,国内则以国瓷材料为首,其次还有灿勤和风华高科等。

  6.热敏陶瓷

  热敏陶瓷是对温度变化敏感的陶瓷材料,可用来探测和控制某一特定的温度,也可作为电流限制器使用。例如马达和变压器的过热保护,当温度高度高于某一温度(如80℃)时,则热敏陶瓷的电阻急剧增大,使线路中的电流减小,温度下降,同时发出报警信号。热敏电阻一般可分为正温度系数(PTC)、负温度系数(NTC)和临界温度电阻器(CTR)三类。

  典型的PTC半导体陶瓷系列材料有BaTiO₃或以BaTiO₃为基的(Ba,Sr,Pb)TiO₃固溶半导体陶瓷材料,氧化钒等材料及以氧化镍为基的多元半导体陶瓷材料。PTC材料所具有的独特电阻率随温度的变化关系,使其应用十分广泛。目前主要应用于温度自控,过电流和过热保护、彩电消磁、马达启动、液面深度探测等方面。

  NTC热敏半导体陶瓷是研究最早、生产最成熟、应用最广泛的半导体陶瓷之一。这类热敏半导体陶瓷材料大都是由锰、钴、镍、铁等过渡金属氧化物按一定比例混合,采用陶瓷工艺制备而成的。NTC半导体陶瓷目前已广泛用于电路的温度补偿、控温和测量传感器的制作,在汽车发动机排气和工业上高温设备的温度检测及家用电器、防止公害污染的温度检测等方面的应用。

  CTR半导体陶瓷是利用材料从半导体相转变到金属状态时电阻的急剧变化而制成,故称为急变温度热敏电阻。主要是以V 2O 5为基础的半导体材料。这类材料常掺杂MgO,CaO,SrO,BaO,Ba₂O,P 2 O 5 ,GeO₂,NiO,WO₃,MoO₃等稀土氧化物来改善其性能。用CTR半导体陶瓷材料制成的传感器在火灾报警、温度报警等方面有很大的用途,在固定温度控制和测温方面也有许多优点,其可靠性高,反应时间快。

  7.永磁材料

  磁性材料是指能对磁场作出某种方式反应的材料,按照磁化的难易程度,可分为永磁材料和软磁材料。永磁材料也称作硬磁材料,主要特点在于其磁性能高,矫顽力高,去掉外磁场后仍能长时间保持高磁性。常用的永磁材料分为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料等。

  金属类永磁材料发展较早,起源于20世纪初的碳钢,主要用于仪表仪器领域,但随着新兴永磁材料出现,产量逐渐减少。铁氧体永磁材料是以氧化锶或氧化钡加上三氧化二铁为原料,通过陶瓷生产工艺制造而成,包括烧结铁氧体磁材和粘结铁氧体磁材,主要用于家用电器、打印机、传感器、玩具等领域。

  稀土永磁材料有着高磁晶各向异性和高饱和磁化强度,具有高矫顽力、高磁能积等诸多优势。当前的钕铁硼磁性材料为稀土永磁材料的第三代,是综合性能最优的一代,钕铁硼具有极高的磁能积和矫顽力,以及高能量密度的优点,使得钕铁硼磁性材料在现代工业中获得了广泛应用,目前色花堂的入口、稀土永磁电机、风电等为主要应用领域。

  1.永磁材料行业分类情况

  稀土永磁材料是指包含稀土金属的永磁材料,是将钕、钐等混合稀土金属与过渡金属钴、铁等组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。稀土永磁材料的诞生是磁性材料领域的重大推进,使得高新技术产业中的磁器件高效化、轻型化。目前主要根据下游应用不同分为钐钴永磁体以及钕铁硼永磁体,第四代稀土铁氮永磁体目前还在积极研发中。

  第一、二代稀土永磁材料——钐钴永磁体。钐钴永磁体主要由稀土元素钐、钴及其他元素配比后制成,目前主要分为第一代SmCo5(1:5型)和第二代Sm2Co17(2:17)型两种,以第二代钐钴永磁体为例,其中钴元素占比在48%-52%,钐占比在23%-28%,铁元素占比在14%-17%。钐钴永磁体的特点是磁性能高,相较钕铁硼永磁体耐高温性更好。但由于钴元素占比较高,且钴成本价格高于钕价格,目前下游运用相对较少,主要用于国防军工、航空航天、通讯技术等领域。

  第三代稀土永磁材料——钕铁硼永磁体。目前钕铁硼永磁体是性能最优、用量最大、磁材市场占比最高的永磁材料。钕铁硼磁材中钕镨元素占比在29%-32.5%,铁元素占比在64%-69%,硼占比在1.1%-1.2%。近几年由于钕铁硼磁材的高性价比,以及不断优化的磁材生产工艺下,钕铁硼磁材在生产及应用方面得到了高速发展。钕铁硼磁材的能量密度及矫顽力都极高,且具有较强的磁性及机械性能,不足之处在于耐高温性差,且易粉化腐蚀。根据行业惯例,内禀矫顽力(Hcj,kOe)和最大磁能积((BH)max,MGOe)之和大于60的烧结钕铁硼永磁材料,属于高性能钕铁硼永磁材料。目前高性能钕铁硼磁性材料主要应用于海角社区的入口车驱动电机、稀土永磁电机、直驱风电中永磁电机等领域,未来随着新能车产销量快速提升、永磁电机的普及等下游推动下,钕铁硼磁材的需求量将大幅提升。

  当代钕铁硼磁材主要分为粘结钕铁硼及烧结钕铁硼两种,两者区别主要在于工艺上的不同。粘结钕铁硼是在钕铁硼磁粉中注射粘合剂,再通过各种可塑性材料的成型工艺加工而成,目前主要运用于硬盘驱动器磁体、汽车电机及磁传感器以及其他各类工业用和家用电机。烧结钕铁硼则是采用粉末冶金工艺,对熔炼和浇铸炉体抽真空,通过高温加热成型。下游主要运用包括稀土永磁电机、扬声器、磁选机、计算机磁盘驱动器、磁共振成像设备仪表等。由于磁性与成型方式上的不同,使得粘结钕铁硼磁材与烧结钕铁硼磁材在使用上的交集并不多,烧结钕铁硼由于具有较高的磁能积和性价比,广泛运用于功率较大的驱动电机等领域,粘结钕铁硼具有工艺简单、体积小等特点,较多运用于微特电机等领域。

  还有一种是热压钕铁硼,热压汝铁硼是通过热挤压、热变形工艺制成的磁性能较高的磁体,具有致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高和近终成型等优点。目前仅少数公司掌握了生产工艺,专利壁垒和制作成本高,总产量比较小。

  2.永磁材料行业市场情况分析

  2021年,我国主要稀土永磁材料产量快速增长,其中烧结钕铁硼毛坯产量20.71万吨,同比增长16%;粘结汝铁硼产量9380吨,同比增长27.2%;钐钴磁体产量2930吨,同比增长31.2%。烧结钕铁硼是我国目前产量最高、应用范围最广泛的稀土永磁材料。

  

  图表1:国内永磁材料产量占比情况分析

  磁性材料目前被广泛应用于消费电子、家用电器、汽车工业、风力发电和航空航天等工业领域,作为磁性材料行业的重要分支,永磁材料行业有着巨大的市场潜力和发展空间。近年来我国永磁铁氧体磁体每年产量约50万吨。数据显示,永磁铁氧体市场应用占比分别为:电声领域(含消费电子)37.12%,家电领域18.22%,玩具制造15.89%,汽车工业15.11%,办公设备8.09%,其他领域5.57%。

  

  图表2:国内永磁铁氧体下游应用占比分析

  3.永磁材料行业发展趋势分析

  产业政策长期支持促进行业发展:高性能永磁材料属于重点新材料和高新技术产品,长期得到国家产业政策的大力扶持。相关政策的落实执行将进一步推动市场整体产品质量的提升,带动整个行业转向高端精密化的品质和服务竞争,提高下游市场空间与产品需求,促进了行业的良性发展。

  绿色产业和节能产品的迫切需求加快行业发展:随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级,我国能源需求刚性增长,资源环境问题仍是制约我国经济社会发展的瓶颈之一,节能减排依然形势严峻。永磁材料作为节能家电、节能电机和海角社区的入口等绿色节能产业的重要基础功能材料,对我国实现绿色节能降耗的发展目标具有重要的意义,下游市场对节能产品的旺盛需求将拉动永磁材料行业的快速发展。

  稀土全产业链式发展推动行业国际竞争力提升:经过数十年的发展,我国稀土开发利用的实力得到了全面提高,已形成了独立、完整的稀土产业链,积累了丰富的全产业链先进技术,已具备将资源优势转化为市场竞争优势的能力。作为稀土产业链中的重要一环,我国稀土永磁材料行业也快速形成了较为完整的细分产业体系,稀土全产业链优势有利于行业国际竞争力的提升。

  行业技术水平显著提高:我国在90年代初期紧随日本、欧洲及美国开始从事永磁材料研究,经历了从无到有再到强的技术发展阶段。国内领先企业在自身长期研发的基础上,不断创新先进生产工艺、生产技术和管理方法,形成了具有中国特色的独特工艺技术和质量管理控制体系,并在速凝工艺、破碎制粉工艺等千吨级关键技术方面获得突破,接近以日本企业为代表的国际领先水平,国际竞争优势逐渐显现。

  高性能产品市场需求旺盛为行业提供发展机遇:随着消费电子、节能家电、工业电机、风力发电和汽车工业等行业进入高速发展期,高性能永磁材料展现出广阔的应用前景,市场需求日益强劲,有望迎来需求爆发期。在色花堂的入口、工业电机、风力发电、传统汽车、变频空调、消费电子、轨道交通及工业机器人等领域的持续拉动下,叠加“双碳”政策的强力支撑,稀土永磁材料未来的需求空间已经完全打开,这就为国内优质企业成长提供了机遇。

  8.软磁材料

  软磁材料,指的是当磁化发生在Hc不大于1000A/m,这样的材料称为软磁体。典型的软磁材料,可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。软磁材料(soft magnetic material)具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。主要应用于风电、电子、计算机、通信、医疗、家电、军事等领域。磁性材料种类众多,目前一般根据使用特性分为软磁材料及永磁材料两大类。

  软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料,易于磁化,也易于退磁。其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输,广泛用于各种电能变换设备中。它的特点是矫顽力低,并且磁滞回线窄,磁导率高,在地的外磁场作用下获得较高的磁感应强度。软磁材料易于磁化,也易于退磁,广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等 。

  纳米科技给传统磁性产业带来跨越式的发展。利用纳米材料的优异性能和特殊结构来全面提高传统软磁材料的综合性能的优点,是在不用对现有设备进行大的技术改造的前提下,就可以达到全面提高企业传统材料的技术含量及质量等级的目的。总之,软磁材料的发展将沿着高饱和磁感应强度、高磁导率、高居里温度、低损耗、低矫顽力和高频化、小型化、薄型化方向发展。将软磁铁氧体材料进一步向高频、高磁导率和低损耗发展。非晶、纳米晶软磁合金将研制开发新型、功能性的非晶纳米晶复合材料,拓宽非晶纳米晶复合材料的应用领域 。

  近年来,出现了采用电驱动装置和电子控制装置实现产品的驱动、自动控制和多功能化的趋势,关键的核心材料之一就是软磁材料。软磁材料在各种器件中起到能量耦合传递及转换的作用。在能源日趋紧缺和环境问题日趋严重的今天,降低软磁材料的损耗提高磁芯效率,在节约能源及控制环境污染等方面具有重大意义色花堂的网址是多少。

  20世纪90年代以来,软磁材料发展走过了辉煌的一页:非晶、纳米晶、金属玻璃软磁材料,磁粉芯、非晶微晶条带、软磁复合材料给越来越重视环境和能源问题的世界各国的节能减排带来希望。软磁材料在汽车、海角社区的入口、信息、消费电子以及电力电子领域的小型化和高性能化中具有重要意义,有待于我们加强基础,勇于探索,进行创新性的研究,争取在未来的国际磁性材料领域中,中国的自主知识产权占相当的比例 。

  据《2022-2026年软磁材料市场现状调查及发展前景分析报告》显示:从近几年各国软磁材料生产量的变化可以看出,世界软磁材料的生产格局已经发生了很大的变化。产量仍将有较大幅度的增长,但是竞争将会变得更为激烈。因此,如何降低成本、提高效率、提高产品档次及市场竞争力将成为竞争的关键。

  需求量最大及对性能改进要求最为迫切的材料是高频低功率损耗铁氧体材料和高磁导率铁氧体材料。高频低功率损耗铁氧体材料主要用于各种高频小型化的开关电源及显示器、变压器等。高磁导率铁氧体材料则主要用于宽带变压器、脉冲变压器用抗电磁波干扰器件等。

  从根本上来说,材料的微观结构决定其宏观性质,因此应以磁性量子理论为指导,着手分析并改进材料的微观结构,以改善其宏观磁学性能。对软磁材料的研究已由粗晶转变到纳米晶合金材料的制备及其成分设计。纳米材料的研究及材料设计科学正是基于这种宏观磁学性能思想而发展起来的,即从第一原理出发来进行材料设计,在磁性材料方面,随着现代科学技术的发展,量子理论对自旋有序材料的成功解释及量子理论与微磁学的结合,逐渐实现高饱和磁感应强度和低损耗软磁的目标。

  据中国电子材料行业协会磁性材料分会数据显示,我国各类金属合金软磁粉末加金属磁粉芯产量约18万吨,产值约90亿元;尽管受疫情等因素影响,但疫情后需求刺激,增长约8%,产量约19.5万吨,产值约100亿元。

  随着我国“碳达峰、碳中和”及“新基建”等政策的推行和落地,金属软磁材料行业在光伏发电、家电、色花堂的入口及充电桩、数据中心、消费电子等领域的需求势必会不断增加,市场景气度将持续提升,大有可为。

  9.多模光纤与单模光纤

  多模光纤(简称MMF)是一种常见光纤类型,其工作波长为850nm/1300nm,支持上百种传输模式,具备带宽高、成本低等优势,适用于短距离光纤传输(如机房)。多模光纤的折射率分为渐变和阶跃两种类型。

  

  1.多模光纤与单模光纤的区别

  上述多模光纤介绍中提及,多模光纤传输模式可多达数百个,而单模光纤的传输模式是单一的。多模光纤与单模光纤的区别除了在传输模式上的不同以外,还存在着以下六个方面的区别:

  两者的纤芯直径不同:虽然多模光纤与单模光纤的包层直径相同,直径大小都是125μm,但多模光纤的纤芯直径远大于单模光纤的纤芯直径,单模光纤的纤芯直径一般是9μm,而多模光纤的纤芯直径一般是50μm/62.5μm。

  

  两者的传输距离不同:从下表可以看出,单模光纤的传输距离较长,适合应用于长距离传输,而多模光纤的传输距离较短,适合应用于短距离传输,且OM3/OM4/OM5多模光纤可支持高速率数据传输。

  

  两者的光源不同:多模光纤一般采用LED(发光二极管)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,因为LED光源能产生许多模式的光(光较分散);单模光纤一般采用激光器或激光二极管作为光源,因为激光光源能产生单一模式的光,具备高亮度、高功率等优势。
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  两者的色散不同:单模光纤的纤芯一般为单一材质,古折射率,多模光纤的折射率分为渐变和阶跃两种类型。

  

  两者的带宽不同:光纤的色散是影响光纤带宽的因素,光纤色散越小,光纤带宽就越宽。单模光纤是几乎不存在色散,因此单模光纤的带宽比多模光纤的带宽宽。

  两者的成本不同:上述曾提及,单模光纤是采用激光器或激光二极管作为光源,多模光纤是采用LED(发光二极管)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为光源,而激光器的价格比LED的价格高,因此单模光纤在成本上会比多模光纤偏高。

  2.多模光纤的优势

  从上述多模光纤与多模光纤的区别介绍中很明显看出单模光纤比多模光纤优点多,但实际上多模光纤也有一些优点。

  对于局域网或城域网来说,单模与多模光纤就都可以实现。但是由于单模光纤怕弯曲,且对熔接要求较高,很容易产生附加损耗,故使用单模光纤会增加布线及维护管理难度,若是使用多模光纤就不存在这样的问题。

  单模光纤的使用对清洁要求较高,而多模光纤只需擦拭一下即可插上。

  多模光纤的单模激光收发器的成本低于单模光纤,且多模激光器的耗电小于单模激光器。

  10.液芯光纤

  液芯光纤是采用无机盐溶液或有机液体作为芯料、聚合物或石英玻璃为皮层的光纤,它是由石英光窗、无机盐溶液或有机液体、皮层管、护套管、端套和防尘帽组成,同常规光纤相比,其芯径大、直径粗,又称为液芯光波导管(Liquid large guide,简称LLG)或液芯光导管,具有大芯径,大数值孔径和光传输效率高等特点,尤其是在紫外光波段比普通的石英光纤具有更优异的传光效率,多适用于紫外光固化、荧光检测和刑侦取证等,其使用温度范围较窄,多在-5~40℃之间。

  1.液芯光纤特点:

  光斑匀化效果最好

  耦合效率约70-80%

  光纤后的光斑直径大

  对使用环境温度要求高,(0°以上使用)

  液芯光纤:圆形能量平顶分布,没有杂散斑

  

  11.磁存储材料

  利用穿孔卡形式的机械存储,信息的读取和写入,都依赖于纸带上孔的设计。随着电磁学的发展,从机械自动化逐步发展到电气自动化。存储核心是利用两个状态二进制来表征数据信息。磁性材料,利用磁矩的取向,也可以实现两态,从而替代机械打孔。并且表征每个态的体积相对于机械孔而言,可以做到更小,从而可以实现更高的存储密度。后续出现的磁带存储技术,一定程度上还保留着打孔卡设计的影子。

  1928年,德国德雷斯诺工程师Fritz Pfleumer 发明了“会发声的纸”——录音磁带。其基本工作原理是:将粉碎的磁性颗粒用胶水粘在纸条上,制备成磁带。磁带在移动过程中,随着音频信号强弱,磁带被磁化程度也会发生变化,从而记录声音。利用该纸带可以存储模拟信号,这是利用磁性作为信息存储的最早记录。然而,纸条比较脆弱,当时无法实用化。

  

  Fritz Pfleumer 和磁带

  随后,基于纸条磁带的设计提出了复合材料式双层磁带结构。该结构由底层为30um厚度的醋酸纤维素薄膜和上层为20um厚的羟基铁粉和醋酸纤维素混合物组成,提高了磁带的机械强度,从而实现了真正的磁带。

  

  1933年,Eduard Schueller发明了环形磁头,这是磁记录的一个重要进展。磁场可以被控制在很小范围内,从而实现了较高密度的信息存储。然而,磁带用于计算机则是从1951年开始的。

  

  磁头实物图和工作原理示意图

  在磁带之后,新的磁性存储技术也层出不穷,在速度和容量上体现出巨大的优势。然而,磁带存储在历史上功绩依旧不可磨灭。磁带存储是当前存储器设备中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质,也是一些重要资料档案的首选存储介质之一。

  12.无机压电材料

  有关压电效应,可以追溯到100多年前的一块无色透明的石英晶体上。1880年,法国物理学家皮埃尔·居里和雅克·居里发现,这种由机械能转化成电能的过程他们称之为压电效应,具有该效应的材料称之为压电体。

  1881年,居里兄弟又通过实验验证了逆压电效应,即在外电场作用下压电体会产生形变,从而由电能转换成机械能。随后的岁月长河里,压电材料得到了飞速发展。第一次世界大战,压电技术被用于声纳等实际应用,第二次世界大战进一步推进了这项技术。

  压电材料主要可分为无机压电材料和有机压电材料。无机压电材料包括压电晶体和压电陶瓷,压电晶体一般指压电单晶体,是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心,因此具有压电性。如石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。相比较而言,压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状,但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差,因而适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用,但对高频、高稳定应用不理想。石英等压电单晶压电性弱,介电常数很低,受切型限制存在尺寸局限,但稳定性很高,机械品质因子高,多用来作标准频率控制的振子、高选择性的滤波器以及高频、高温超声换能器等。

  

  压电晶体和压电陶瓷

  压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结,由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷,实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴,铁电畴由自发极化方向反向平行的畴和自发极化方向互相垂直的畴组成,这些电畴在人工极化条件下,自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度,因此具有宏观压电性。如:钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。这类材料的研制成功,促进了声换能器,压电传感器的各种压电器件性能的改善和提高。海角社区最新地址的入口在哪里

  13.有机压电材料

  在现代社会中,压电材料作为机电转换的功能材料,在高新领域扮演着重要的角色。例如,利用压电材料制作的压电传感器广泛的应用于压电滤波器、微位移器、驱动器和传感器等电子器件中,在卫星广播、电子设备、生物医学以及航空航天等高新技术领域都有着重要的地位。

  有机压电材料又称压电聚合物,如聚偏氟乙烯 98堂最新的网站怎么进(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。这类材料及其材质柔韧,低密度,低阻抗和高压电电压常数等优点为世人瞩目,且发展十分迅速,水声超声测量,压力传感,引燃引爆等方面获得应用。不足之处是压电应变常数偏低,使之作为有源发射换能器受到很大的限制。

  1.智能压电材料的广泛应用

  压电材料的应用领域可以粗略分为两大类:即振动能和超声振动能-电能换能器应用,包括电声换能器,水声换能器和超声换能器等,以及其它传感器和驱动器应用。

  换能器上的应用:换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应,而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动,利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点,研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件,如抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等。

  驱动器上的运用:压电驱动器利用逆压电效应,将电能转变为机械能或机械运动,聚合物驱动器主要以聚合物双晶片作为基础,包括利用横向效应和纵向效应两种方式,基于聚合物双晶片开展的驱动器应用研究包括显示器件控制、微位移产生系统等。要使这些创造性设想获得实际应用,还需要进行大量研究。

  传感器上的应用:压电元件一般由两块压电晶片组成。在压电晶片的两个表面上镀有电极,并引出引线。在压电晶片上放置一个质量块,质量块一般采用比较大的金属钨或高比重的合金制成。然后用一硬弹簧或螺栓,螺帽对质量块预加载荷,整个组件装在一个原基座的金属壳体中。为了隔离试件的任何应变传送到压电元件上去,避免产生假信号输出,所以一般要加厚基座或选用由刚度较大的材料来制造,壳体和基座的重量差不多占传感器重量的一半。

  超声成像检测:超声检查已在医学诊断中占据重要地位。超声波,超出人耳所能听到的声音,可用于查看身体内部的情况。妇科医生使用超声检查来观察未出生婴儿在子宫内的发育情况,心脏病专家使用这种技术检测泄漏的心脏瓣膜或确定血管中的流速。超声检查通常使用一个小巧、方便的设备,该设备在人体皮肤上移动以查看身体内部的情况,因此这种非侵入性技术无痛且易于使用。

  机器人上的应用:机器人安装接近觉传感器主要目的有以下三个:其一,在接触对象物体之前,获得必要的信息,为下一步运动做好准备工作;其二,探测机器人手和足的运动空间中有无障碍物。如发现有障碍,则及时采取一定措施,避免发生碰撞;其三,为获取对象物体表面形状的大致信息。

  14.复合压电材料

  复合压电材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。如果它制成水声换能器,不仅具有高的静水压响应速率,而且耐冲击,不易受损且可用与不同的深度。

  1.智能压电材料的发展与前景

  随着环境保护和社会可持续发展的要求,发展环境协调性材料及技术已是公认的大势所趋。为了防止环境污染,国内外科研人员对无铅压电材料开展了大量的研究工作并取得了令人鼓舞的进展。另一方面,由于晶体生长周期长、价格成本昂贵,加之受热稳定性的影响。因此,制作价格适当、性能更好的、大尺寸单晶仍然是今后努力的主要方向。此外,研究还表明,织构化是多晶材料获取高性能的另一个重要手段。利用模板晶粒生长或掺杂晶种的多晶织构化生长技术,在原本无规则的多晶的进行定向排列生长,形成织构化的微观结构,获得单晶的物理性能,在某一方向上获得强的压电性能,这方面的研究已有不少,尤其是在无铅压电材料和高温压电材料上。

  此外,传统的压电体材料及其工艺受尺寸的限制,难以适应现代电子器件微型化、小型化、集成化发展方向的要求。随着微观世界探索进程的加速,微机电系统飞速发展,迫切要求压电材料实现薄膜化,从而为相应微器件的设计和制作研究创造条件。作为微机电系统MEMS用驱动源的压电薄膜,不仅要求工作电压低、重量轻、体积小、成本低、容易与半导体工艺兼容,而且还需要驱动器单位体积的输出力足够大,传感器的噪声小。研究表明,能胜任的只有微米级厚度的膜及多层膜,因此,近些年来1~10 µm以至更厚的压电薄膜是国内外研究的热点和重要发展方向。

  最后,压电材料的发展要与其他学科或技术的发展密切相关,应加大学科交叉性和相互渗透性研究,特别是在微机电系统技术是一个典型的多学科交叉的前沿性领域,几乎涉及自然及工程科学的所有领域,因此,要注意和利用相邻学科技术的新进展,加强各学科之间以及学科与工艺之间相互作用和渗透,有效拓展其创新性研究。

  15.贮氢材料

  根据吸氢机理的差异,贮氢材料可以分为物理吸附贮氢材料和化学贮氢材料两大类。

  1.物理贮氢材料

  物理贮氢的主要工作原理是利用范德华力在比表面积较大的多孔材料上进行氢气的吸附,多孔材料进行物理贮氢的优点是吸氢-放氢速率较快、物理吸附活化能较小、氢气吸附量仅受贮氢材料物理结构的影响。物理吸附贮氢材料主要包括:碳基贮氢材料、无机多孔材料、金属有机骨架(MOF)材料、共价有机化合物(COF)材料等。

  碳基贮氢材料:碳基贮氢材料因种类繁多、结构多变、来源广泛较早受到关注。鉴于碳基材料与氢气之间的相互作用较弱,材料贮氢性能主要依靠适宜的微观形状和孔结构,因此,提高碳基材料的贮氢性一般需要通过调节材料的比表面积、孔道尺寸和孔体积来实现。碳基贮氢材料主要包括活性炭、碳纳米纤维和碳纳米管。

  

  无机多孔材料:无机多孔材料主要是具有微孔或介孔孔道结构的多孔材料,包括有序多孔材料(沸石分子筛或介孔分子筛)或具有无序多孔结构的天然矿石。沸石分子筛材料和介孔分子筛材料具有规整的孔道结构和固定的孔道尺寸,结构上的差异会影响到材料的比表面积和孔体积,进而影响到材料的 贮氢性能。

  金属有机骨架(MOF)材料:MOF材料是由金属氧化物与有机基团相互连接组成的一种规则多孔材料。因为MOF材料具有低密度、高比表面积、孔道结构多样等优点而受到了广泛关注。

  共价有机化合物(COF)材料:COF材料是在MOF材料基础上开发出来的一种新型多孔材料。由于COF材料的骨架全部由非金属的轻元素构成,COF材料的晶体密度较低,更有利于气体的吸附,因此COF材料的 贮氢性能引起了极大的关注。COF材料的 贮氢性能与它的物理结构(包括孔体积、孔结构和晶体密度)有直接关系。虽然与MOF材料相比,COF材料的 贮氢性能有所提高,但在常温条件下的 贮氢量还是不能令人满意。科研人员也正在研究改善COF材料 贮氢能力的方法,如很多学者将碱金属离子引入COF材料骨架结构中,这大大提高了材料的 贮氢性能。

  2.化学贮氢材料

  化学贮氢的主要工作原理是氢以原子或离子形式与其他元素结合从而实现氢气的存储。基于化学机制的贮氢材料主要包括:金属-合金贮氢材料、氢化物贮氢材料和液体有机氢化物。

  金属-合金 贮氢材料: 金属-合金 贮氢材料是研究较早的一类固体 贮氢材料,制备技术和制备工艺均已成熟。金属-合金类材料不仅具有超强的 贮氢性能,还同时具有操作安全、清洁无污染等优点。但金属或合金材料的氢化物通常过于稳定,与物理吸附类 贮氢材料相比,金属-合金 贮氢材料的 贮氢和放氢都只能在较高的温度条件下进行。金属-合金 贮氢材料可以分为镁系、钒系、稀土系、钛系、锆系、钙系等。

  氢化物 贮氢材料: 氢化物 贮氢材料主要包括配位铝复合氢化物、金属氮氢化物、金属硼氢化物和氨硼烷化合物。

  3.液体有机氢化物

  不饱和液体有机物(包括烯烃、炔烃和芳烃)可以在加氢和脱氢的循环反应中实现吸氢和放氢。其中,贮氢性能最好的是单环芳烃,苯和甲苯的理论贮氢量都较大,是较有发展前景的贮氢材料。

  与传统的固态贮氢材料相比,液体有机氢化物贮氢材料有以下优点:1)液体有机氢化物的储存和运输简单,是所有贮氢材料中最稳定、最安全的;2)理论贮氢量大,贮氢密度也比较高;3)液体有机氢化物的加氢和脱氢反应可逆,贮氢材料可反复循环使用。

  4.总结

  随着全球能源供应逐渐紧张,各国的氢能安全问题都将提到日程上来。能否开发出性能优良的 贮氢材料是决定氢能能否大规模应用的关键问题。从应用的角度出发,目前各种 贮氢材料中最具优势的是金属-合金类 贮氢材料。其他化学 贮氢材料或物理 贮氢材料多因 贮氢量或 贮氢密度较低而难以达到应用要求。未来, 贮氢材料的投资机会可从关注以下方向:1)原料易得、价格低廉、能够实现工业化制备的 贮氢材料;2)开发轻元素或混合轻元素,以进一步提高材料的 贮氢密度;3)重点关注 贮氢材料的可循环利用,将氢气的储存-释放体系作为一个整体,发展实用的氢材料或者 贮氢体系。

  16.锂离子电池材料

  动力电池是指专为工具提供动力来源的电源,多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。随着对动力电池性能要求的不断提升,动力电池不断换代革新,从可反复循环使用的铅酸电池,到镍镉电池,再到镍氢电池,再到如今的锂离子电池、钠离子电池、燃料电池。动力锂离子电池相比同时代其他电池,具有能量密度高、技术成熟度高、长循环寿命等特点,是现阶段的主流动力电池。

  动力锂离子电池按照正极所用材料类型可分为磷酸铁锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池,相较于锰酸锂和钴酸锂,磷酸铁锂电池和三元锂电池在能量密度、安全性、循环次数及生产成本等方面具备综合优势,因此应用更为广泛。

  表 各类锂离子电池性能对比

  

  锂离子电池产业链上游主要为锂矿、钴矿、镍矿、石墨等矿物元素的开采与冶炼,以及聚烯烃、有机碳酸酯和其他各类化合物的制备与提纯。产业链中游主要为包括正极材料、负极材料、隔膜、电解液和其他各类辅助材料的制备,以及电芯制作、模组集成、电池包集成等。产业链下游主要为色花堂的入口、电动自行车及回收利用等领域。

  

  图 锂离子动力电池材料产业链

  动力电池是海角社区的入口车制造成本最高部分,正极材料是动力电池成本占比最高的原材料。动力电池生产成本约占海角社区的入口车生产成本的38%,正极材料约占电池材料总成本的比例的35%-45%;负极材料约占比10%-20%;隔膜约占比15%-20%;电解液约占比10%-15%;其他辅助材料如钢壳、铝壳等约占成本的10%-15%左右。

  

  图 海角社区的入口车及动力锂电池成本构成

  1.产业规模:增长迅速,空间广阔

  色花堂的入口销量迅速增长,渗透率逐年提升。全球色花堂的入口销量由2016年的79万辆增长至2022年的1082.4万辆,年复合增长率达54.68%,全球市场渗透率也由0.9%增长至12%。我国色花堂的入口增长更为迅速,销量由2019年的120.6万辆增长2022年的649.8万辆,市场渗透率亦从4.68%上升至27.6%。

  图 色花堂的入口销量及渗透率

  我国动力电池装机量持续提升,约占全球装机总量的五成。2021年全球动力电池在电动汽车上的装机量约为297GWh,较2020年增长超过100%。中国凭借色花堂的入口产业的先发优势,动力电池产业进入快速成长阶段,已经成为全球最大的动力电池生产国之一。2021年我国动力电池装机量共计154.5GWh,占全球装机量的五成。色情电影的最新网址在哪里

  

  图 2018-2021年动力电池装机量

  展望未来,动力电池产业将在绿色革命的推动下继续保持高速增长。世界主要经济体均设立了电动化目标,推动色花堂的入口的发展。2020年10月,我国国务院办公厅印发《色花堂的入口产业发展规划(2021-2035年)》,明确在2025年我国色花堂的入口新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右,2035年,纯电动汽车成为新销售车辆的主流,公共领域用车全面电动化。美国亦在2020年《清洁能源革命和环境计划》和2021年《新基建计划》中充分鼓励色花堂的入口的发展,并确立了2030年色花堂的入口渗透率50%的目标。欧洲国家中,法国提出2040年无使用化石燃料的汽车,英国提出2035年电动化率达100%。发展色花堂的入口已成全球主要经济体的共识,动力电池作为色花堂的入口能量存储与转换装置的基础单元,是色花堂的入口的核心零部件,其技术发展水平是全球汽车产业电动化转型的关键支撑。在全球汽车产业电动化的浪潮下,动力电池未来仍有数倍的增长空间,GGII预计,2025年全球动力电池出货量将达到1,550GWh,2030年有望达到3,000GWh。

  2.竞争格局:竞争激烈,集中度高

  动力电池生产商主要集中于中国、日本和韩国,行业内参与企业众多,竞争较为激烈,龙头企业占据较高的市场份额,行业整体市场集中度较高。根据SNE Research调研数据,2021年全球前十动力电池企业装机量约为270.8GWh,占全球动力电池装机量的91.2%。

  我国部分企业已具备国际竞争力,在全球市场具备一定的竞争地位,在全球动力电池装机量前十名中,我国企业占据6席,市场份额约为48%。宁德时代动力电池装机量最高达96.7GWh,市场份额约为32.6%。此外,比亚迪、中创新航、国轩高科、远景动力、蜂巢能源均进入装机量全球前十。2021年中国前十动力电池企业装机量占市场份额92.20%,在色花堂的入口的强劲带动下,市场对锂离子动力电池的需求不断提升,由于头部企业产能及供应链保障更加充分,保障了快速增长的需求供应,市占率得到进一步的提升。

  表 2021年全球动力电池装机量TOP10(GWh)

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